研究人員開發(fā)出新型生物墨水，用于3D打印個性化“芯片上的心臟”設(shè)備

2024年2月21日，南極熊獲悉，隸屬于蒙特利爾大學(xué)(UdeM)，圣賈斯汀大學(xué)研究中心（Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte-Justine）的研究人員開發(fā)出一種新型生物墨水，這種墨水經(jīng)過優(yōu)化，可用于3D打印個性化心臟芯片設(shè)備。

△這項研究由UdeM藥理學(xué)教授Houman Savoji和博士生Ali Mousavi領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊完成，并發(fā)表在最新一期的Applied Materials Today上，題目為“開發(fā)具有改進(jìn)電機械性能的光交聯(lián)生物墨水，用于生物3D打印心臟BioRings”（傳送門）

該團(tuán)隊表示，這種新型可3D打印復(fù)合生物墨水能準(zhǔn)確反映人類心臟的電活動、機械性能和生理機能。

Savoji表示："我們的研究使結(jié)合生物3D打印技術(shù)更快速、更精確地生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)芯片心臟成為可能。更重要的是，我們的研究結(jié)果表明，打印出來的設(shè)備比人工生產(chǎn)的設(shè)備性能更好�！�

△3D打印個性化心臟芯片設(shè)備

3D打印“芯片上的心臟”

這種新型的可3D打印生物墨水基于可光交聯(lián)的天然聚合物甲基丙烯酸明膠（GelMA）和甲基丙烯酸海藻酸鹽（AlgMA），以及導(dǎo)電性還原氧化石墨烯（rGO）納米材料。據(jù)研究作者稱，這是AlgMA首次用于組織心臟工程應(yīng)用。

在整個研究過程中，科學(xué)家們合成了水凝膠成分并對其進(jìn)行了表征，配制出了各種材料濃度的生物墨水。為了開發(fā)出最佳的生物3D打印墨水配方，研究小組研究了不同組合的物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)、機電、細(xì)胞毒性、3D打印性和降解特性。

在3D打印心臟設(shè)備時，還加入了不同類型的細(xì)胞。這些細(xì)胞包括新生大鼠心肌細(xì)胞、心臟成纖維細(xì)胞和HL-1細(xì)胞。

△3D打印“芯片上的心臟”研究的不同階段

該團(tuán)隊表示，優(yōu)化的生物墨水配方支持高水平的心臟細(xì)胞活力、增殖、擴(kuò)散、伸長和排列。這使得"芯片心臟"設(shè)備能夠準(zhǔn)確反映真實的人類心臟功能，包括細(xì)胞自發(fā)跳動。

該研究的第一作者M(jìn)ousavi說："我們配制的生物墨水能最好地再現(xiàn)心臟的特性，如彈性和導(dǎo)電性，并具有生物3D打印所需的合適特性。”

Mousavi表示，目前，大多數(shù)"芯片上的心臟"設(shè)備都是在實驗室中，以非標(biāo)準(zhǔn)化方法單獨生產(chǎn)的。因此，它們往往缺乏工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的可擴(kuò)展性。在這個研究項目中，研究小組采用了自動化、高通量的生物3D打印工藝，在12孔板中制作心臟模型。希望這種方法能提高3D打印心臟設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

展望未來，研究人員將進(jìn)一步開發(fā)用于藥物鑒定和測試應(yīng)用的個性化3D打印心臟芯片設(shè)備。將新型生物墨水與患者干細(xì)胞相結(jié)合，就能3D打印出患者特異性心臟模型，從而促進(jìn)個性化心臟藥物的開發(fā)。

Mousavi補充道："下一步將對健康和患病的心臟細(xì)胞進(jìn)行比較，以開發(fā)實體心臟病理模型。這也將使我們能夠安全、準(zhǔn)確地測試新治療分子對細(xì)胞的影響。"

這項技術(shù)有望在醫(yī)學(xué)研究和藥物測試方面發(fā)揮重要作用，因為它能夠提供更真實的心臟模型，幫助科學(xué)家更好地理解心臟疾病的發(fā)展和藥物對心臟的影響。該研究的結(jié)果有望推動生物打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。